机电与微机电系统设计

本教材分为机电一体化系统分析与设计（1～3章）、机电一体化系统工程设计技术（4～7章）、微机电系统设计及制造技术（8～10章）三个部分。第一部分阐述机电一体化系统的系统分析与设计方法、系统建模及仿真分析方法；第二部分介绍机电一体化系统各功能要素及其接口的现代工程设计技术；第三部分介绍机电一体化系统的当代突出发展方向——微机电系统设计及制造技术，微机电系统的发展赋予机电一体化系统更为精密化、灵巧化、智能化特性。 本书的编写参考了国内外不同时期的同类教材，并立足于当前国内外机电一体化技术的新进展和研究成果，兼顾其他学科的知识点衔接，以供机械工程、兵器科学与技术、仪器科学与技术等学科本科生培养计划的课程教学、科研实践使用，同时也可满足机电一体化技术人员知识更新和扩充的迫切需求。

南京理工大学教授，机械工程学院机电系支部书记。从事教学、科研工作近三十年。研究领域为智能探测与控制技术、高冲击载荷下机电系统动态特性、抗高冲击传感器、MEMS惯性器件设计制作与应用等。主持、承担十多项重大项目，发表论文40余篇。2008年获国防科学技术进步奖二等奖。2012年获得优秀教师奖，2018年获研究生课程优秀主讲教师。曾主编《机电系统耦合场分析与应用》等专业教材。

第一部分 机电一体化系统分析与设计
第1章 绪论
1.1 概述
1.2 机电一体化系统的基本构成
1.2.1 系统的要素、结构和功能
1.2.2 机电一体化系统的构成和要素
1.3 机电一体化系统的理论基础与关键技术
1.3.1 机电一体化系统的理论基础
1.3.2 机电一体化系统的共性关键技术
1.4 机电一体化技术和系统的发展
思考题与习题
第2章 机电一体化系统分析与设计方法
2.1 概述
2.2 系统工程方法论
2.2.1 系统研究基本方式
2.2.2 系统工程方法论
2.3 机电一体化系统设计方法
2.3.1 机电一体化系统设计流程
2.3.2 设计思想、类型、准则
2.4 机电一体化系统的产品规划
2.4.1 需求分析
2.4.2 需求设计
2.5 机电一体化系统的概念设计
2.5.1 概念设计的内涵和特征
2.5.2 概念设计的过程
2.6 机电一体化系统的评价与决策
2.6.1 系统的评价
2.6.2 系统的决策
思考题与习题
第3章 机电一体化系统建模与仿真
3.1 概述
3.2 机电一体化系统建模与仿真
3.2.1 机械系统建模
3.2.2 电路系统建模
3.2.3 机电模拟法
3.2.4 机电一体化系统建模
3.3 机电一体化系统数字仿真
3.3.1 机电一体化连续系统的仿真模型建立及实现
3.3.2 机电一体化连续系统按环节离散化数字仿真
3.3.3 MATLAB／Simulink环境下的建模与仿真
思考题与习题
第二部分 机电一体化系统工程设计技术
第4章 传感器与接口技术
4.1 概述
4.1.1 传感器定义
4.1.2 传感器性能特性
4.1.3 传感器的发展
4.1.4 传感器的选择和使用
4.2 传感器的信号变换特性方程
4.3 传感器接口电路中的噪声问题
4.3.1 噪声类型和特性
4.3.2 理想放大器等效噪声模型
4.4 传感器模拟信号电路分析
4.4.1 有源敏感元件接口电路匹配条件
4.4.2 参数式敏感元件接口电路匹配条件
4.5 常用传感器接口信号放大电路
4.5.1 放大器的技术指标
4.5.2 测量放大器
4.5.3 隔离放大器
4.5.4 可编程增益放大器
4.6 传感器输出的数字变换与数字接口
4.6.1 多路转换开关转换结构形式
4.6.2 开关信号与接口
思考题与习题
第5章 机电一体化系统的驱动系统设计
5.1 概述
5.2 机械传动机构
5.2.1 典型载荷分析
5.2.2 负载的力矩特性
5.2.3 机械传动机构选择与设计
5.3 直流电动机驱动系统
5.3.1 概述
5.3.2 直流伺服电动机与驱动
5.3.3 直流电动机的驱动电路
思考题与习题
第6章 机电一体化系统的计算机控制技术
6.1 数字控制器模拟设计方法
6.1.1 PID控制的基本原理
6.1.2 数字PID算法
6.1.3 数字PID控制器的实现
6.2 数字PID的改进算法
6.3 数字PID参数整定
6.3.1 采样周期选择
6.3.2 扩充临界比例度整定法
6.3.3 扩充响应曲线整定法
6.4 机电一体化系统的智能技术
思考题与习题
第7章 机电一体化系统的电磁兼容性和抗干扰设计
7.1 概述
7.1.1 电磁兼容性
7.1.2 电磁兼容性设计基本内容
7.2 电磁干扰形式和电磁骚扰途径
7.2.1 电磁干扰概述
7.2.2 电磁干扰的耦合途径
7.3 电磁兼容性设计及干扰抑制技术
7.3.1 电磁兼容性控制技术
7.3.2 干扰源
7.3.3 提高系统电源抗干扰能力的方法
7.3.4 配电方案中的常用抗干扰措施
7.3.5 机电一体化系统中常用抗干扰技术
7.3.6 机电一体化系统过程通道抗干扰措施
思考题与习题
第三部分 微机电系统设计与制造技术
第8章 微机电系统设计概论
8.1 微机电系统简介
8.2 微机电系统特点和分类
8.3 尺寸效应
8.4 设计过程和模拟方法
思考题与习题
第9章 微机电系统制造技术
9.1 MEMS常用材料及光刻技术
9.1.1 MEMS常用材料
2.3.2 光刻技术
9.2 体微加工技术
9.2.1 湿法刻蚀
9.2.2 干法深刻蚀
9.3 表面微加工技术
9.3.1 表面微加工流程
9.3.2 薄膜的力学性质
9.3.3 表面工艺的应用
9.4 键合
9.4.1 键合
9.5 LIGA技术
9.6 MEMS与IC的集成技术
9.6.1 MEMS与CMOS的集成方法
9.6.2 iMEMS集成技术
9.6.3 CMUS-MEIVlb
9.6.4 MEMS代工制造
思考题与习题
第10章 微机电传感器和执行器
……